Печатная плата на металлической основе (Metal Core Printed Board, MCPCB) — это тип печатной платы, в конструкции которой в качестве несущей подложки используется металлическая пластина (база), выполняющая функцию теплоотвода. Основное назначение таких плат — эффективное отведение тепла от мощных электронных компонентов (светодиодов, силовых транзисторов, драйверов) за счёт высокой теплопроводности металлического основания по сравнению со стандартными диэлектриками.
Конструкция и материалы
Типичная структура MCPCB представляет собой трёхслойный «сэндвич»:
-
Металлическая основа (Metal Core). Толщиной от 0.5 до 3.0 мм. Наиболее распространённые материалы:
-
Алюминий (серии 5052, 6061). Имеет хорошую теплопроводность (около 200–230 Вт/(м·К)), низкую стоимость и малый вес. Стандартный выбор для большинства устройств, например, для светодиодных осветительных модулей.
-
Медь. Обладает выдающейся теплопроводностью (около 400 Вт/(м·К)), но значительно дороже и тяжелее алюминия. Применяется в силовой электронике и высокоплотных сборках, где необходим максимальный теплоотвод.
-
Сплавы (например, инвар). Используются реже, в случаях, когда необходимо согласовать коэффициент теплового расширения (КТР) с керамическими компонентами.
-
-
Теплопроводящий диэлектрический слой (Dielectric Layer). Тонкий слой (обычно 50–150 мкм) полимерного материала (чаще эпоксидной или акриловой смолы), наполненный керамическими частицами (оксид алюминия, нитрид бора). Его функция — обеспечить электрическую изоляцию цепи от металлической основы, сохраняя при этом высокую теплопроводность (от 1.0 до 3.0 Вт/(м·К), что на порядок выше, чем у FR-4).
-
Медная фольга (Copper Foil). На диэлектрический слой наносится медная фольга (обычно 35–105 мкм), которая затем травлением формирует проводящий рисунок. Для улучшения адгезии может использоваться фольга со специальной обработкой.
Технология изготовления
Производство MCPCB имеет особенности, не полностью охваченные стандартными ГОСТами на печатные платы. Металлическая основа подвергается механической обработке (фрезеровка, сверление) до или после формирования рисунка. Диэлектрический и медный слои могут наноситься методом напыления или в виде препрега с последующим прессованием (lamination). Из-за жёсткости основы невозможна сквозная металлизация отверстий по стандартной технологии PTH, поэтому электрические соединения между слоями осуществляются с помощью переходных отверстий, заполненных припоем. Общие требования к конструктивным параметрам и испытаниям могут регулироваться ГОСТ 23751-86 и ГОСТ Р 55744-2013, однако основные регламенты содержатся в международных стандартах IPC и отраслевых спецификациях.
Области применения и контроль качества
Основная область применения — светотехника (LED lighting), где MCPCB является стандартом для монтажа мощных светодиодов. Также такие платы используются в силовых преобразователях, автомобильной электронике, системах управления батареями и высокочастотных устройствах.
Контроль качества включает проверку теплового сопротивления «кристалл-основание» (junction-to-case), целостности диэлектрического слоя (испытание на пробой по переменному току) и адгезии медного слоя. Стандарты IPC и отраслевые спецификации (например, от производителей светодиодов Cree или Lumileds) определяют требования к материалам и надёжности таких плат.
Источники: IPC-2221/2222 (разделы, касающиеся теплоотвода), IPC-6012 (требования к специальным типам плат), отраслевые стандарты производителей светодиодов (Cree, Osram, Lumileds) на монтажные платы, технические спецификации производителей материалов для MCPCB (например, Bergquist Company, Henkel). Общие требования к испытаниям могут ссылаться на ГОСТ Р 55744-2013 и ГОСТ 23751-86. Прямой специализированный ГОСТ на платы с металлической основой отсутствует.